Второй закон термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики и связь между ними. Статистический характер второго закона термодинамики. Энтропия и термодинамическая вероятность состояния.
Тема 3. Второй закон термодинамики.
Основные положения второго закона термодинамики.
Первый закон термодинамики утверждает, что теплота может превращаться в работу, а работа в теплоту и не устанавливает условий, при которых возможны эти превращения. Превращение работы в теплоту происходит всегда полностью и безусловно. Обратный процесс превращения теплоты в работу при непрерывном её переходе возможен только при определенных условиях и не полностью. Теплота сам собой может переходит от более нагретых тел к холодным. Переход теплоты от холодных тел к нагретым сам собой не происходит. Для этого нужно затратить дополнительную энергию. Таким образом для полного анализа явления и процессов необходимо иметь кроме первого закона термодинамики еще дополнительную закономерность. Этим законом является второй закон термодинамики. Он устанавливает, возможен или невозможен тот или иной процесс, в каком направлении протекает процесс, когда достигается термодинамическое равновесие и при каких условиях можно получить максимальную работу. Формулировки второго закона термодинамики. Для существования теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий источник и холодный источник (окружающая среда). Если тепловой двигатель работает только от одного источника то он называется вечным двигателем 2-го рода.
1 формулировка (Оствальда):
| "Вечный двигатель 2-го рода невозможен".
Вечный двигатель 1-го рода это тепловой двигатель, у которого L>Q1, где Q1 - подведенная теплота. Первый закон термодинамики "позволяет" возможность создать тепловой двигатель полностью превращающий подведенную теплоту Q1в работу L, т.е. L = Q1. Второй закон накладывает более жесткие ограничения и утверждает, что работа должна быть меньше подведенной теплоты (L<Q1) на величину отведенной теплоты – Q2, т.е. L = Q1 - Q2.
Вечный двигатель 2-го рода можно осуществить, если теплоту Q2 передать от холодного источника к горячему. Но для этого теплота самопроизвольно должна перейти от холодного тела к горячему, что невозможно. Отсюда следует 2-я формулировка (Клаузиуса):
|| "Теплота не может самопроизвольно переходит от более
|| холодного тела к более нагретому".
Для работы теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий и холодный. 3-я формулировка (Карно):
|| "Там где есть разница температур, возможно совершение
|| работы".
Все эти формулировки взаимосвязаны, из одной формулировки можно получить другую.
Статический смысл II закона термодинамики.
Понятие вер-ти термодинамического состояния и связь вер-ти состояния с энтропией.
Наиболее вероятное термодинамическое состояние - термодинамическое равновесие. Различают:
Макросостояние - определение термодинамическими параметрами, (p, v, T…) Микросостояние – определяется совокупностью параметров, определяющих состояние каждой молекулы(Vi, x, y, z…). Одному макросостоянию соответствует много микросостояний.
Термодинамическая вероятность – число микросостояний, реализующих данное макросостояние. В отличие от математической вероятности выражается всегда большим числом.
Если в системе происходит самопроизвольный процесс в результате которого изменится макросостояние, то это макросостояние должно быть более устойчивым (т.к ближе равновесного состояния). Он реализуется большим количеством микросостояния т.е имеет большую термодинамическую вероятность. 
Энтропия изолированной системы в каком-либо состоянии пропорциональна натуральному логарифму термодинамическому вероятности данного состояния, к- постоянная Больцмана. Феноменологический подход- процессы с ростом S – единых возможно. Статический – такие процессы возможны, хотя и маловероятны т.е в любой системе могут происходит флуктуации – процесс с уменьшением S.
Объединенное уравнение I и II законов термодинамики.
Второй закон можно назвать законом возрастания энтропии. Получим выражения 
; 
; 
. Равенство - к обратимым, неравенство – к необратимым можем написать 
или 
.
Любой обратимый термодинамический процесс можно перевести из pv в Ts диаграмму. Для этого необходимо знать уравнение процесса 
, уравнение состояния 
, и зависит 
. Начало координат выбирается условным.
